DE2231521C2 - Planares Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

J5 Die Erfindung bezieht sich auf ein planares Halbleiterbauelement entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Ein solches Halbleiterbauclement ist aus der DE-OS 20 31 082 bekannt.

Halbleiterbauelemente dieser Art w erden als diskrete Halbleiterbauelemente und in integrierten Halbleiterschaltungen verwendet.

Es stellt sich aber heraus, daß es in der Praxis sehr schwierig ist, für einen derartigen pn-übergang eine

*■> hohe Durchschlagspannung zu erhalten. Dies hat verschiedene Ursachen.

An erster Stelle treten an der Schnittlinie des pn-Überganges mit der Oberfläche örtlich sehr hohe Feldstärken auf, wenn der pn-übergang in der Sperrichtung vorgespannt wird. Dies ist u. a. auf die starke Krümmung des pn-Übergangs in der Nähe dieser Schnittlinie zurückzuführen, welche Krümmung um so stärker ist, je näher der pn-übergang unter der Oberfläche liegt.

Ferner kann unter dem Einfluß der hohen Feldstärke in der Nähe des pn-Übergangs durch und über die auf der Oberfläche liegende Isolierschicht eine Verschiebung elektrischer Ladungen stattfinden, welche Ladungswanderung insbesondere bei hoher Sperrspan-

nung den pn-übergang unstabil machen und unerwünschte Leckströme veranlassen kann.

Wegen der erwähnten Probleme hat es sich in der Praxis als unmöglich erwiesen, stabile planare pn-übergänge mit einer Durchschlagspannung von mehr als

ft5 einigen hundert Volt herzustellen, ohne daß besondere Maßnahmen getroffen werden.

Um die Durchschlagspannung planarer Übergänge zu erhöhen, wurde durch Anwendung verschiedener

Maßnahmen versucht, bei einer gegebenen Sperrspannung über dem Übergang das elektrische Feld insbesondere in der Nähe des pn-Übergangs zu verringern und Ladungswanderung zu verhindern.

Nach einem ersten bekannten Verfahren wird zu diesem Zweck auf der Isolierschicht eine gut leitende Feldelektrode angebracht, die mit einem der Gebiete, die den pn-übergang bilden, z. B. mit dem höchstdotierten Gebiet, verbunden ist Obgleich dadurch die Feldstärke am. pn-übergang herabgesetzt und/oder Ladungswanderung verhindert werden kann, weist dieses Verfahren u. a. den Nachteil auf, daß die ganze Feldeiektrode auf demselben Potential liegt, wobei über der qanzen Isolierschicht zwischen der Feldelektrode und der Halbleiteroberfläche die vollständige Sperrspannung steht, wodurch Durchschlag durch die Isolierschicht auftreten kann.

Nach einem weiteren bekannten Verfahren werden in einiger Entfernung von dem zweiten Gebiet weitere Zonen vom zweiten Leitfähigkeitstyp angebracht, die das zweite Gebiet völlig umgeben. Durch das Vorhandensein dieser weiteren Zonen wird das elektrische Feld in der Erschöpfungszone im ersten Gebiet in günstigem Sinne geändert Dieses Verfahren weist jedoch u. a. den Nachteil auf, daß zusätzliche Zonen in dem Halbleiterkörper angebracht werden müssen und daß infolge Ladungswanderung über oder durch die Isolierschicht die die Durchschlagspannung erhöhenden Zonen in bezug aufeinander und auf den pn-übergang kurzgeschlossen werden können.

Bei dem aus der obengenannten DE-OS 20 31 082 bekannten planaren Halbleiterbauelement kann die Oberflächenkonfiguration der Widerstandsschicht durch Photoätzen so ausgebildet werden, daß der Spannungsabfall an ihr in gewünschter Weise erfolgt, um eine maximale Sperrdurchbruchspannung zu erreichen. Irgendwelche Hinweise zu einer praktischen Ausgestaltung der Widerstandsschicht werden dabei nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Widerstanosschicht des planaren Halbleiterbauelements entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß innerhalb weiter Grenzen an der Oberfläche eine optimale Feldstärkeverteilung in der Erschöpfungszone des pn-Übergangs erhalten werden kann.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Dadurch, daß in dem Bauelement nach der Erfindung die verwendete Widerstandsschicht, im Gegensatz zu bekannten Bauelementen, nicht die Form einer zweidimensional ausgedehnten Schicht, sondern eines Streifens aufweist, dessen Länge größer und vorzugsweise sehr viel größer als seine Breite ist, wird der wesentliche Vorteil erhalten, daß, für denselben höchstzulässigen Leckstrom durch die Widerstandaschicht, diese Schicht einen erheblich niedrigeren spezifischen Widerstand aufweisen kann, wodurch sich die Widerstandsschicht leicht auf reproduzierbare Weise anbringen läßt.

Die streifenförmige Widerstanilsschieht kann derart angebracht werden, daß — wie durch Photoätzen der Widerstandsschicht des o. g. bekannten Bauelements — ein vorher gewählter optimaler Verlauf der Feldstärke an der Oberfläche in der Erschöpfungszone erhalten werden kann, wie nachstehend näher beschrieben wird.

Außerdem ist, bei übrigens gleichem Gesamtwiderstand, die Kapazität der streifenfcirmigen Widerstandsschicht in bezug auf den darunterliegenden Halbleiterkörper erheblich geringer, was unter Umständen das Verhalten des Bauelements bei hoher Frequenz günstig beeinflussen kann.

Zum Erzielen einer hohen Durchbruehspannung kann längs praktisch der ganzen Schnittlinie des pn-Übergangs mit der Halbleiteroberfläche eine zu dieser Schnittlinie senkrechte Linie den Oberflächenteil der Isolierschicht, auf dem sich die langgestreckte streifenförmige Widerstandsschicht befindet schneiden.

Im allgemeinen sind die pn-Übergänge, wie sie in bekannten Halbleiterbauelementen verwendet werden, stark asymmetrisch, wodurch sich die Erschöpfungszone praktisch völlig in dem Gebiet mit der niedrigsten Dotierungskonzentration erstreckt Mit Rücksicht darauf kann die streifenförmige Widerstandsschicht völlig oberhalb des Gebietes mit der niedrigsten Dotierungskonzentration liegen.

In vielen Fällen wird das zweite Gebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp, das völlig von dem Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp umgeben wird, i'-^ich Dotierung aus der Umgebung in diesem ersten Gebiet angebracht sein und dabei meistens eine höhere Dotierung als das erste Gebiet erhalten. Die streifenförmige Widerstandsschicht kann dann das zweite Gebiet völlig umgeben.

Nac!: einer besonderen Weiterbildung ist die Widerstandsschicht schraubenlinienförmig. Dabei liegen vorteilhaft die meisten und vorzugsweise alle Windungen der Widerstandsschicht oberhalb des niedrigstdotierten Gebietes. Die WinJungen brauchen dabei nicht gemäß fließenden Linien zu verlaufen; unter einem schraubenlinienförmigen Streifen ist hier in allgemeinem Sinne ein Streifen zu verstehen, der sich zwischen den Öffnungen in der Isolierschicht in Form einer oder mehrerer in gleichem Sinne verlaufender Windungen erstreckt, wobei jede folgende Windung völlig außerhalb der vorangehenden Windung liegt. Die Windungen können dabei aus beliebigen ununterbrochenen gekrümmten oder geraden Linien oder Kombinationen derselben bestehen. Im allgemeinen entspricht die Form der Windungen annähernd der Form der Schnittlinie des pn-Übergangs mit der Halbleiteroberfläche.

Bei dieser Weiterbildung läßt sich die gewünschte Feldstärkeverteilung auf sehr einfache Weise einstellen, indem der gegenseitige Abstand der Windungen variiert. Der Abstand kann dabei von dem pn-übergang an zu-oder abnehmen. Auch kann die Breite der Widerstandsschicht geändert oder kann eine Kombination dieser Maßnahmen verwendet werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung befindet sich auf der Isolierschicht eine Kontaktschicht, vorzugsweise eine Metallschicht, die die Widerstands- «chir'it kreuzt und sich an der Stelle der Kreuzung an die Widerstandsschicht anließt.

Eine derartige Kontaktschicht nimmt völlig das Potential der Widerstandsschicht an der Stelle dtr Kreuzung an und kann sich auf der beiden Seiten der streifenförmigen Widerstandsschicht an diese Schicht anschließen. Vorzugsweise ist eine Kontaktschicht mit mehreren getrennten Kontaktstreifen vorhanden, wobei diese Kontaktstreifen die Widersfandsschicht zwischen den öffnungen in der Isolierschicht an verschiedenen Stellen kreuzen und sich dort an die Widerstandsschicht anschließen.

Auch bei dieser bevorzugten Weiterbildung kann die gewünschte Feldverteilung dadurch erhalten werden, daß der gegenseitige Abstand der Kontaktstreifen

variiert. Der gegenseitige Abstand der Kontakischichten kann dabei von dem pn-übergang an zu- oder abnehmen.

Ebenso wie die Windungen der schraubenlinienförmigen Widerstandsschicht bei der vorerwähnten Weiter· "> bildung liegen die meisten und vorzugsweise alle Kontaktstreifen oberhalb des niedrigstdotierten Gebietes. Die Widerstandsschicht selber kann die Form eines geraden sowie eines gekrümmten Streifens aufweisen.

Die Widerstandsschicht kann z. B. aus einer Metallschicht mit einer derart geringen Dicke bestehen, daß ihr Gesamtwiderstand hoch ist. Vorteilhaft aber besteht die Widerstandsschicht aus Halbleitermaterial. Für diesen Zweck ist polykristallines Silicium besonders geeignet, das sich leicht durch chemische Zersetzung '"> eines siliciumhaltigen Gases mit der erforderlichen Reproduzierbarkeit und dem erforderlichen spezifischen Widerstand auf der Isolierschicht anbringen läßt.

Γ}ί*> Widerstsndsschich! kann ^clch mit ihren Rnd**n direkt an das erste und an das zweite Gebiet anschließen. Vorzugsweise ist aber mindestens ein Ende der streifenförmigen Widerstandsschichi mit einer gut leitenden Schicht, vorzugsweise einer Metallschicht, verbunden, die über eine öffnung in der Isolierschicht mit der Halbleiteroberfläche verbunden ist, was den -⁵ Kontakt zwischen der Widerstandsschicht und der Halbleiteroberfläche erleichtert. Dabei ist eine besondere Weiterbildung so ausgebildet, daß die gut leitende Schicht mit dem zweiten Gebiet verbunden ist und sich bis oberhalb des ersten Gebietes über die ganze ^J0 Schnittlinie des pn-Übergangs mit der Halbleiteroberfläche erstreckt. Dadurch wird in der unmittelbaren Nähe des pn-Übergangs eine günstige Feldwirkung durch die gut leitende Schicht erhalten.

Die Erfindung kann vorteilhaft bei jedem planaren ^ Halbleiterbauelement mit einem planaren pn-Übergang verwendet werden, der hohe Sperrspannungen aushalten können muß. Nach einer bevorzugten Weiterbildung bildet jedoch das erste Gebiet die Kollektorzone und das zweite Gebiet die Basiszone eines Hochspan- ■"> nungstransistors.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Draufsicht auf ein bekanntes Halbleiterbauelement.

Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch das Bauelement nach F i g. I längs der Linie H-Il.

Fig. 3 schematisch eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines planaren Halbleiterbauelements nach der Erfindung.

Fig.4 schematisch einen Querschnitt durch das Bauelement nach F i g. 3 längs der Linie IV-IV.

Fig.5 schematisch eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements nach der Erfindung, und

Fig.6 schematisch einen Querschnitt durch das Bauelement nach F i g. 5 längs der Linie VI-VI.

Die Figuren, sowohl die Draufsichten als auch die Querschnitte, sind schematisch und nicht maßstäblich gezeichnet Entsprechende Teile sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Metallschichten sind in den Draufsichten (Fig. 1.3 und 5) schraffiert dargestellt Auch in den Draufsichten sind der Deutlichkeit halber die verschiedenen Abmessungen nicht in dem richtigen gegenseitigen Verhältnis dargestellt

F i g. I zeigt schematisch eine Draufsicht auf und Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch ein bekanntes Halbleiterbauelement mit einem planaren pn-Übergang, in diesem Falle eine Hochspannungsdiode. Das Bauelement (siehe Fig. 2) enthält einen Halbleiterkörper 1 aus Silicium mit einer Oberfläche 2, die mit einer elektrisch isolierenden Schicht 3 aus Siliciumoxyd überzogen ist. An die Oberfläche 2 grenzt ein erstes η-leitendes Gebiet 4, mit einer Dotierungskonzentration von 8 χ 10¹³ Atomen/cm³ (spezifischer Widerstand 60 Ω · cm). Ein zweites diffundiertes p-leitendes Gebiet 5 ist innerhalb des Körpers 1 völlig von dem ersten Gebiet 4 umgeben und bildet mit diesem Gebiet einen an der Oberfläche 2 endenden pn-Übergang 6, der die Oberfläche 2 gemäß der geschlossenen Linie 7 (siehe Fig. 1) schneidet. Diese Schnittlinie 7 wird überall von der Isolierschicht 3 bedeckt.

Der oben beschriebene pn-Übergang, ein sogenannter planarer Übergang, kann im allgemeinen keine Diin-hsrhlagsnannnng von mehr als einige hundert Volt erreichen. U. a. infolge der starken Krümmung des pn-Übergangs 6 an seinem Rande in der Nähe der Schnittlinie 7 mit der Oberfläche 2 treten an dieser Stelle beim Vorspannen des pn-Übergangs in der Sperrichtung hohe Feldstärken auf. die die Durchschlagspannung auf einige hundert Volt beschränken, wenn auch die Dotierung des Gebietes 4. das niedrigstdotierte Gebiet, theoretisch eine viel höhere Durchschlagspannung gestattet.

Ferner kann unter dem Einfluß der hohen Feldstärke durch oder über die Oxydschicht 3 eine Verschiebung elektrischer Ladungen stattfinden. Eine derartige unkontrollierte Ladungswanderung veranlaßt Unstabilitäten und eine unkontrollierte Erweiterung der Erschöpfungsschicht, was im allgemeinen besonders ungünstig ist. Das Auftreten dieser Erscheinungen verringert daher die zulässige Sperrspannung über dem pn-Übergang.

Bei dem bekannten Bauelement nach den F i g. 1 und 2 wurde versucht, die obenerwähnten Nachteile dadurch zu beheben, daß der pn-Übergang 6 von einer Schicht 8 aus polykristallinem Silicium mit einer Dicke von etwa I um und einem hohen spezifischen Widerstand überbrückt wird, die mit dem ersten Gebiet 4 elektrisch leitend mittels einer Aluminiumschicht 9 verbunden ist. die sich über eine öffnung in der Oxydschicht 3 an das Gebiet 4 anschließt. Um einen guten Kontakt zwischen der Schicht 9 und dem Gebiet 4 zu erhalten, ist in das Gebiet 4 örtlich eine hochdotierte η-leitende Zone 10 eindiffundiert. Am anderen Ende schließt sich die Schicht 8 an eine Aluminiumschicht 11 an. die sich über eine Öffnung in der Oxydschicht 3 an da' zweite p-leitende Gebiet 5 anschließt.

Der Gesamtwiderstand der Schicht 8, von der der pn-Übergang 6 (Abmessungen 5x5 mm) überbrückt wird, beträgt in diesem Betspiel etwa 10Ώ und bestimmt praktisch den Leckstrom, der bei einer Sperrspannung von 1000 V über dem pn-übergang etwa I mA beträgt Für einen kleineren Leckstrom ist ein proportional höherer Widerstand der Widerstandsschicht erforderlich.

Die Schicht 8 wirkt wie eine Feldelektrode mit sich kontinuierlich änderndem Potential, wodurch sich die Erschöpfungszone bei einer bestimmten Sperrspannung, die, wie schematisch in Fig.2 dargestellt ist mittels einer Spannungsquelle Eüber einem Widerstand R angelegt wird, zwischen gestrichelt angegebenen Grenzlinien 12 und 13 erstreckt Ohne das Vorhandensein der Schicht 8 erstreckt sich diese Erschöpfungszone

zwischen den Grenzlinien 12 und 13'. Es ist einleuchtend, daß durch das Vorhandensein der Schicht 8 das Raumladungsgebiet zwischen den Grenzlinien 12 und 13 an der Oberfläche stark verbreitert wird, wodurch die auftretenden Feldstärken dementsprechend herabge- ϊ setzt werden, wodurch die zulässige Sperrspannung erheblich erhöht wird.

t:.te Widerstandsschicht mit einem sehr hohen spezifischen Widerstand, wie sie in diesem Falle verwendet wird, läßt sich aber sehr schwer auf reproduzierbare Weise herstellen. Dtrmoch ist eine angemessene Reproduzierbarkeit hier erforderlich. Einerseits soll nämlich der Gesamtwiderstand der Schicht 8 einen gewissen Mindestwert überschreiten, damit der Leckstrom innerhalb zulässiger Grenzen ii gehalten wird. Andererseits soll jedoch dieser Widerstand nicht derart hoch sein, daß er gleich oder größer ah der Eigenleckwiderstand des pn-Übergangs wird, weh in uicSciTi ι 3iic uCT güriätigC ύίΠιιίϊυ uCT ^CniCiit ο auf die Durchschlagspannung verlorengeht.

Ferner kann bei diesem bekannten Bauelement der Verlauf der Grenzlinie 13 der Erschöpfungszone und somit der Verlauf der Feldstärke an der Oberfläche in der Erschöpfungszone bei der Herstellung nur in beschränktem Maße beeinflußt werden, ζ. Β. dadurch, daß örtlich die Dicke der Schicht 8 geändert wird.

Um diese Nachteile völlig oder wenigstens zu einem wesentlichen Teil zu vermeiden, ist bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements nach der Erfindung die Schicht 8 «1 in i"orm eines langgestreckten Streifens 26 gestaltet. Dieses Beispiel stellt einen Hochspannungstransistor dar. dessen Kollektorzone durch das Gebiet 4 und dessen Basiszone durch das Gebiet 5 gebildet wird. Die Gebiete 4 und 5 und der pn-Übergang 6 weisen die gleiche Dotierung bzw. die gleichen Abmessungen wie bei dem bekannten Bauelement nach den Fig. 1 und 2 auf. Innerhalb der p-leitenden Basiszone 5 ist eine η-leitende Emitterzone 21 angebracht, die mit der Basiszone einen pn-Übergang 22 bildet, der die Halbleiteroberfläche gemäß einer Linie 23 schneidet. Die Emitterzone 21, die Basiszone 5 und die Kollektorzone 4 sind auf übliche Weise über Aluminiumschichten 24,11 und 25 kontaktiert.

Der Basis-Kollektor-Übergang 6 ist in diesem ⁴^ Beispiel von einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silicium in Form eines langgestreckten Streifens 26 überbrückt, der sich über die Aluminiumschicht 11 an das Gebiet 5 und sich über eine Aluminiumschicht 9 an das Gebiet 4 anschließt, das an der Stelle dieses Anschlusses eine hochdotierte diffundierte n-leitende Kontaktzone 10 enthält, wie dies auch in F i g. 2 der Fall ist Dieser Streifen 26 verläuft von seinem Anschluß mit der Schicht 11 schraubenlinienförmig über eine Anzahl das Gebiet 5 umgebender, einen ebenfalls schraubenlinienförmigen Oberflächenteil der Oxydschicht 3 bedekkender Windungen bis zu seinem Anschluß mit der Schicht 9. Dabei ist die ganze Widerstandsschicht 26 mit all ihren Windungen oberhalb des Gebietes 4 befindlich, das niedriger als das Gebiet 5 dotiert ist

In F i g. 3 ist der Deutlichkeit halber nur eine geringe Anzahl von Windungen dargestellt. In Wirklichkeit wird die Anzahl von Windungen meistens größer sein und ζ. B. 10 oder mehr betragen.

Es ist einleuchtend, daß bei dem Bauelement nach der Erfindung gemäß diesem Ausfuhrungsbeispiel im Vergleich zu dem bekannten Bauelement nach den F i g. 1 und 2, wenn der Gesamtwiderstand der ununterbrochenen Schicht 8 gleich dem des schraubenlinienförmigen Streifens 26 ist und wenn die beiden Schichten 8 und 26 die gleiche (homogene) Schichtdicke aufweisen, der Streifen 26 einen beträchtlich niedrigeren Widerstand als die Schicht 8 aufweisen darf. Dies geht aus dem folgenden einfachen Zahlenbeispiel hervor.

Bei einem pn-Übergang mit Abmessungen von 5x5 mm und einem Gebiet 4 mit einer Dotierung von 8 χ IO^{1 J} Atomen/cm³ beträgt bei einer Sperrspannung von 1000 V die Breite der Erschöpfungszone in beiden Fällen an der Oberfläche etwa 200 \im. Um die Erschöpfungszone an der Oberfläche völlig zu bedekken. sind bei einer schraubenlinienförmigen Wider-Standsschicht zehn Windungen mit einer Breite von 10 um mit einem Zwischenraum von 10 μπι erforderlich, deren Gesamtlänge etwa 2 χ ΙΟ⁵ μηι beträgt. Bei einer Schichtdicke von I μπι wird der Gesamtwiderstand von

IU" is in uicäciTi ι Sue Γϊΐίί CfFiCiTi iTniiicTcn SpcZiiiSCncü

Widerstand von etwa 5 χ ΙΟ-'Ω-cm erreicht. In demselben Fall soll bei einer ununterbrochenen Widerstandsschicht, wie der Schicht 8 nach den F i g. I und 2 bei derselben Schichtdicke, der mittlere spezifische Widerstand der Widerstandsschicht etwa 10⁴Q-Cm betragen. Die erforderlichen spezifischen Widerstände verhalten sich also in diesem Beispiel wie I : 2 000 000.

Außerdem besteht bei der Anbringung des schraubenlinienförmigen Streifens 26 eine große Freiheit in bezug auf eine zweckmäßige Wahl der Abmessungen, insbesondere der Breite, des Streifens und des gegenseitigen Abstandes der Windungen, wodurch sich leicht ein vorher berechneter gewünschter Potentialverlauf in der Erschöpfungszone einstellen läßt. Die Linien 12 und 13 geben, wie in Fig. 2, die Grenzen der Erschöpfungszone bei der gleichen Sperrspannung über dem Übergang 6 wie in Fi g. 2 an. Wie schematisch in den F i g. 3 und 4 dargestellt ist, nimmt in dem gezeigten Beispiel der Zwischenraum zwischen den Windungen von dem Gebiet 5 an nach außen ab. wodurch d;»« Potential längs der Oberfläche in größerer Entfernung von dem Gebiet 5 schneller abnimmt, was unter Umständen günstig sein kann.

Ferner leuchtet es ein. daß die Kapazität des Streifens 26 in bezug auf das darunterliegende Halbleitermaterial 4,5 viel kleiner als die der Schicht 8 der F i g. I und 2 ist.

Die Tatsache, daß die schraubenlinienförmige Widerstandsschicht 26 nicht die ganze Oberfläche der Isolierschicht 3, unterhalb deren sich die Erschöpfungszone des pn-Übergangs befindet, bedeckt, beeinträchtigt die Wirkung der Widerstandsschicht nicht, weil die elektrische Feldwirkung der schraubenlinienförmigen Schicht sich, wenigstens bei einem nicht allzu großen Abstand zwischen den Windungen, auch zwischen den Windungen bemerkbar macht. Außerdem werden mögliche Potentialsenkungen zwischen zwei Windungen durch Ladungswanderung über oder durch die Oxydschicht zwischen den Windungen ausgeglichen. Es wird also die Ladungswanderung zwischen den Windungen auf günstige Weise benutzt

Andere Formen und Abmessungen des schraubenlinienförmigen Streifens können unter Umständen zu bevorzugen sein. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Isolierschicht 3 zwischen den Windungen mit einem Material mit einem derart hohen spezifischen Widerstand bedeckt sein darf, daß dieses Material in bezug auf die Schicht 26 praktisch als isolierend zu betrachten ist- So kann z. B. auf der Schicht

3 eine derartige praktisch isolierende Halbleiterschicht, z. B. aus sehr hochohmigen polykristallinem Silicium, niedergeschlagen und in diese Schicht nach örtlicher Maskierung, über wenigstens einen Teil der Schichtdikke. eine streifenförmige schraubenlinienförmige Zone mit dem erforderlichen spezifischen Widerstand und den erforderlichen Abmessungen eindiffundiert werden.

Auch in den Bauelementen nach den Fig.3 und 4 erstreckt sich ^ie Metallschicht Il überall oberhalb der Schnittlinie 7 des pn-Übergangs mit der Oberfläche und oberhalb des Gebietes 4, wodurch das elektrische Feld insbesondere in der Nähe des pn-Übergangs an der Oberfläche günstig beeinflußt wird.

Wie in F i g. 4 schematisch dargestellt ist, werden im Betriebszustand der Emittcr-Basis-Übergang 22 in der Durchlaßrichtung und der Basis-Kollektor-Übergang 6 in der Sperrichtung mittels Spannungsquellen E\ und Π} vorgespannt, wobei /. B. zwischen dem Emitter und der Basis ein Eingangssignal U zugeführt wird, das über dem Widerstand R in verstärkter Form abgenommen werden kann.

Ein anderes Allsführungsbeispiel eines Bauelements nach der Erfindung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Dieses Bauelement enthält eine Diode mit planarem pn-Übergang 6, die in bezug auf ihre Halbleiterstruktur der Diode nach F i g. I und 2 völlig analog ist. wobei auch die Zonen 4 und 5 die gleiche Form und Dotierung aufweisen.

Die Widerstandsschicht weist jedoch bei dem Bauelement nach den Fig. 5 und 6 die Form eines langgestreckten Streifens 31 auf. Dieser Streifen 31 ist elektrisch leitend mit einer Anzahl konzentrischer, ringförmiger, auf der Siliciumoxydschicht 3 angeordneter Kontaktschichten 32 aus Aluminium verbunden. |ede dieser Kontaktschichten 32 kreuzt die Widerstandsschicht 31 und schließt sich an der Stelle der Kreuzung 33 an die Widerstandsschicht 31 an.

|ede Kontaktschicht 32 weist das Potential der Widerstandsschicht an der Stelle der Kreuzung 33 mit der betreffenden Kontaktschicht auf. Dadurch wird in der Erschöpfungszone des pn-Übergangs 6 zwischen den Grenzlinien 12 und 13 eine Polentialverteilung erhalten, die der in dem Beispiel nach den F i g. 3 und 4 in großem Maße ähnlich ist.

Die Widerstandsschicht 31 schließt sich über die Aluminiumschichten 9 und 11 an die Gebiete 4 und 5 an. wobei zur Herstellung eines guten Kontaktes mit der Zone 4 wieder eine hochdotierte η-leitende Zone 10 verwendet wird. Die Diode ist auf den Schichten 9 und Il mit einem elektrischen Anschluß versehen, wie in F i g. 6 schematisch dargestellt ist.

Obwohl die streifenförmige Widerstandsschicht 31 erheblich kürzer als der schraubenlinienförmige Streifen nach den Fig.3 und 4 ist, kann der spezifische Widerstand des Streifens 31 dennoch erheblich kleiner als der der Schicht 8 des bekannten Bauelements nach den F i g. I und 2 sein.

Die gewünschte Potentialverteilung kann in diesem Beispiel, entsprechend den schraubenlinienförmigen Windungen des Beispiels nach den F i g. 3 und 4, dadurch erhalten werden, daß die Breite und der gegenseitige Abstand der Aluminium-Kontaktschichten 32 geeignet gewählt und erwünschtenfalis von dem Gebiet 5 an vergrößert oder verringert werden. Ein anderes geeignetes Verfahren zum Erreichen der gewünschten Potentialverteilung besteht darin, daß die Widerstindsschicht nicht quer, sondern schräg zu den Ringen 32 angebracht wird, oder daß der Streifen 31 nicht in Form eines geraden, sondern in Form eines gekrümmten Streifens ausgeführt wird, wie in Fig. 5 gestrichelt angegeben ist. jo wird bei gleichem gegenseitigen Abstand der Ringe 32 und bei gleicher Dicke der -. Widerstandsschicht mit einem Streifen der Form 31a in der Nähe des pn-Ubergangs 6 eine langsame Änderung des Potentialverlaufs als in größerer Entfernung von dem Übergang erhalten. Mit einer mit 31 b bezeichneten Streifenform wird dagegen der Potentialunterschied

ίο zwischen aufeinanderfolgenden Ringen in der Nähe des Gebietes 5 größer als in einiger Entfernung von diesem Gebiet, während mit einer mit 32c bezeichneten Streifenform von dem Gebiet 5 an zunächst eine schnelle, dann eine langsame und danach wieder eine

!.schnelle Potentialänderung erhalten wird Auch kann die Breite des Streifens 31 geändert werden; so kann z.B. mit einer Widerstandsschicht der Form 3h/eine schnellere Potentialabnahme bei zunehmendem Abstand von dem pn-Übergang 6 erhallen werden. So

in können alle Kombinationen von Variationen m der Breite und in dem Zwischenraum der Kontakischichten 32 und in der Breite, in der Dicke und in der Krümmung des Streifens 31 zum Erhalten eines optimalen Ergebnisses angewandt werden.

:i Ein Bauelement nach der Erfindung gemäß den obenbeschriebenen Beispielen kann unter der Verwendung allgemein üblicher Techniken /ur Herstellung planarer Halbleiterstrukturen hergestellt werden. Das Gebiet 5 kann durch Diffusion, z. B. aus dotiertem Oxyd.

i" oder auf andere Weise. /. B. durch Ionenimplantation, gebildet werden. Auch kann das Gebiet 5 durch epitaktisehes Anwachsen in einer vorher in dem Gebiet 4 angebrachten Höhlung erhalten werden. Dabei kann das Gebiet 5 niedriger als das Gebiet 4 dotiert sein, in

)i welchem Falle die Windungen der schraubenlinienförmigen Schicht 26 bzw. die Kontaktschichten 32 vorzugsweise auf dem Gebiet 5 angebracht sind. Zum Anbringen der Widerstandsschicht 26, 31 können ebenfalls allgemein übliche Techniken, wie Aufdampfen.

4i) thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung. Zerstäubung usw.. Anwendung finden.

Es sind weitere Ausführungsbeispiele denkbar, bei denen stets vorteilhaft der Spannungsabfall über einer Widerstandsschicht in Form eines langgestreckten

4ϊ Streifens zur Erhöhung der Durchschlagspannung über

einem pn-Übergang und/oder zur Beseitigung der ungünstigen Folgen einer Ladungswanderung in der

Nähe eines pn-Übergangs benutzt wird.

So kann z. B. in den beschriebenen Ausführungsbei-

w spielen die Kontaktschicht 32 im zweiten Ausführungsbeispiel eine Unterbrechung aufweisen, wobei jedoch die beiden Teile des Ringes mit der Widerstandsschicht verbunden bleiben müssen. In gewissen Fällen, in denen Ladungswanderung über ein beschränktes Oberflächengebiet verhindert werden soll, können die Kontakt schichten durch kurze Streifen ersetzt werden, die die Widerstandsschicht 31 kreuzen, sich an der Stelle der Kreuzung an die Widerstandsschicht anschließen und sich von der Kreuzung her nur über das erwähnte Oberflächengebtet erstrecken. Gewöhnlich geht jedoch insbesondere das Bestreben dahin, die Durchschlagspannung des pn-Übergangs möglichst hoch zu machen, in welchem Falle jeder der mit der Widerstandsschicht verbundenen Oberflächenteile der Isolierschicht, wie in den beschriebenen Beispielen, derart angebracht wird. daß_ längs praktisch der ganzen Schnittlinie des pn-Übergangs mit der Halbleiteroberfläche eine zu dieser Schnittlinie senkrechte Linie den betreffenden

Ober'lächenuil schneidet.

Diese Konfiguration hat zur Folge, da3 die Feldverteilung an der Oberfläche längs der ganzen Schnittlinie des pn-Übergangs mit der Oberfläche das gewünschte Profil erhält. Die vorerwähnte Bedingung ist in den ι beschriebenen Beispielen erfüllt; siehe F i g J, in der z.B. die Linie IV-IV, und jede andere zu dem pn-übergang 6 senkrechte Linie, die von der Schicht 26 bedeckten Oberflächenteile der Isolierschicht 3 schneidet. Auf gleiche Weise schneidet in Fig. 5 die Linie m Vl-Vl, und jede andere zu dem pn-übergang 6 senkrechte Linie alle von der Schicht 32 bedeckten Oberflächenieile der Isolierschicht 3.

Es sei ferner noch bemerkt, daß naturgemäß andere Halbleitermaterialien als die in den erwähnten Bcispie- r len genannten Materialien verwendet werden können, wie z. B. Germanium oder A^IIIB^V-Verbindungen, wie z. B. GaAs. Auch können andere Isolierschichten als Siliciumoxyd, ?.. B. Siliciumnitrid, AIjO₃, oder zusammengesetzte aus zwei oder mehr verschiedenen aufeinanüer liegenden Isolierschichten bestehende Schichten verwendet werden. Auch die Widerstandsschicht kann aus anderen Materialien mit einem verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstand bestehen oder aus zwei oder mehr aufeinander liegenden lsolierschich.cn bestehende Schichten verwendet werden. Auch die Widerstandsschicht kann aus anderen Materialien mit einem verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstand bestehen oder aus zwei oder mehr aufeinander liegenden Widerstandsschichten zusammengesetzt sein. Ferner können auf der Widerstandsschicht und auf allen anderen Teilen für Isolier- oder Schiitzzweckc eine oder mehrere Isolierschichten angebracht werden. Weiterhin können die Halbleiterbauelemente statt Dioden oder Transistoren auch Thyristoren oder andere Schaltungselemente für hohe .Spannung sein.

1..ΙΙ ν.,;, κ.

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Planares Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit einer wenigstens teilweise von einer elektrisch isolierenden Schicht bedeckten Oberfläche, einem an diese Oberfläche grenzenden ersten Gebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp und einem ebenfalls an diese Oberfläche grenzenden zweiten Gebiet vom zweiten Leitfähigkeiistyp, das innerhalb des Halbleiterkörpers völlig von dem ersten Gebiet umgeben ist und mit diesem Gebiet einen an der Oberfläche endenden pn-Obergang bildet, bei dem auf der Isolierschicht eine Widerstandsschicht mit hohem elektrischem Widerstand angeordnet ist, die über Öffnungen in der Isolierschicht mit dem ersten Gebiet und mit dem zweiten Gebiet elektrisch leitend verbunden ist und die zwischen diesen Öffnungen wenigstens einen Teil der Isolierschicht bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (26,31) die Form eines 'anggestreckten Streifens aufweist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß längs der ganzen Schnittlinie (7) des pn-Übergangs (6) mit der Halbleiteroberfläche eine zu dieser Schnittlinie senkrechte Linie den Oberflächenteil der Isolierschicht (3), auf dem sich die langgestreckte, streifenDrmige Widerstandsschicht (26,31) befindet, schneidet.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmige Widerstandsschicht (26, 31) völlig oberhalb des Gebiets (4) .;m der niedrigsten Dotierungskonzentration liegt.

4. Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmige Widerstandsschicht (26) das zweite Gebiet (5) völlig umgibt (F i g. 3 u. 4).

5. Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (26) schraubenlinienförmig ist (F ig. 3 und 4)

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die meisten und vorzugsweii.? alle Windungen der Widerstandsschicht (26) oberhalb des niedrigstdotierten Gebietes (4) liegen (Fig. 3 und 4).

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Windungen der schraubenlinienförmigen Widerstandsschicht (26) variiert (F i g. 3 und 4).

8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Isolierschicht (3) eine streifenförmige Kontaktschicht vorzugsweise eine Metallschicht (32), befindet, die die Widerstandsschicht (31) kreuzt und sich an der Stelle der Kreuzungen an die Widerstandsschicht anschließt (F i g. 5 und 6).

9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontaktschicht mit mehreren getrennten Kontaktstreifen (32) vorhanden ist, wobei diese Kontaktstreifen die Widerstandsschicht (31) zwischen den Öffnungen in der Isolierschicht (3) an verschiedenen Steilen kreuzen und sich dort an die Widerstandsschicht anschließen (F i g. 5 und 6).

10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Kontaktstreifen (32) variiert (F i g. 5 und 6).

11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die meisten und vorzugsweise alle Kontaktstreifen oberhalb des niedrigstdotierten Gebietes (4) liegen (F i g. 5 und 6).

12. Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (26,31) aus einem Halbleitermaterial besteht

13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, ίο dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (26,31) aus polykristallinem Silicium besteht.

14. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende der streifenförmigen Widerstandsschicht (26, 31) mit einer gut leitenden Schicht, vorzugsweise einer Metallschicht (9, 11) verbunden ist, die über eine Öffnung in der Isolierschicht mit der Halbleiteroberfläche (2) verbunden ist

15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet daß die gut leitende Schicht (Ii) mit dem zweiten Gebiet (5) verbunden ist und sich bis oberhalb des ersten Gebietes (4) über die ganze Schnittlinie (7) des pn-Übergangs (6) mit der Halbleiteroberfläche (2) erstreckt.

16. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gebiet (4) die Kollektorzone und das zweite Gebiet (5) die Basiszone eines Hochspannungstransistors bildet (F i g. 3 und 4).